海上过驳卸载系统驳运任务规划问题研究
时间：2023-06-20 21:50:02 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
刘宝新， 王宇哲
(陆军军事交通学院，天津 300161)
在战争及自然灾害发生时，海上运输有时会面临港口码头被破坏的情况，为解决深吃水运输船无法抵岸卸载的问题，可采用海上过驳卸载将装备物资转移上岸。海上过驳卸载是通过在具备一定水深的水域搭建过驳平台，将运输船上的装备物资倒载至浅吃水的驳运船艇，再由驳运船艇将装备物资转移至岸滩的方式。海上过驳卸载环境适应性较强，但作业环节多，作业节点之间相互影响。卸载系统类似于一个物资转运中转站，装备物资的中转依靠驳运船艇的往来驳运，由于倒载的装备物资类型不同，驳运船艇装载能力不同，驳运任务规划是否科学合理，对于海上过驳系统整体运行效率高低有着重要影响。本文充分分析海上过驳卸载作业流程，以整体作业时间最短为目标，提出规划驳运任务方法，为部队实践提供参考。
海上过驳卸载大体可分为3个环节：海上过驳、近岸驳运和岸边卸载。海上过驳是通过特定的过驳平台，为深吃水运输船提供临时靠泊的泊位，以滚装或吊装的方式，将装备由运输船上卸下，并装载至浅吃水的驳运船艇上；
近岸驳运是驳运船艇在装载装备物资后，利用驳运船艇可直接抵滩的能力，在过驳平台和岸边来回往复倒载物资的过程；
岸边卸载是在海滩等自然环境地形下将装备物资由驳运船艇上卸下的过程，3个环节相互衔接，相互影响。
2.1 海上过驳卸载系统优化目的
海上过驳卸载系统的优化目的，根据任务性质、任务目标有所不同。美军在联合海岸后勤行动中常使用的JOTE模型，是探究多个卸载子系统下的驳运船艇资源分配问题，该模型的优化目标是使得整个系统中待转运物资总量最少，即所有卸载通道中装备物资总量与驳运船艇驳运装备物资总量之差最少[1]，是追求卸载需求与卸载能力之差最小化的模型，可使各卸载子通道的卸载能力相对均衡，有利于提升海上过驳卸载的持续性和经济性。在实践中，对于具体某一过驳卸载，各级指挥员常常关注的问题是，如何利用现有驳运船艇资源，在最短时间内完成卸载，研究该问题对于指导实践有着重要意义。
2.2 以最短用时为目标的驳运任务规划
海上过驳卸载系统作业环节多且相互衔接，要求各作业环节效率相互匹配，影响卸载能力的因素较多，其中近岸驳运次数多，涉及不同类型的装备物资和驳运船艇，任务需求和保障能力不能统一衡量计算，是运筹学中多任务指派、资源配置的问题。
海上过驳任务完成的标志是最后1台装备上岸，假定某海上过驳系统运行顺畅、各作业环节的衔接不会出现等待拥堵等情况，则卸载任务完成时间是最后一艘次驳运船艇完成最后一次驳运任务的时刻。
对于驳运船艇，每一次驳运任务及其所用时间主要有：靠泊平台，时间T1;装载装备，时间TL;离开平台，时间T2;近岸驳运，时间T3；
抵滩，时间T4；
卸载装备，时间TU；
退滩，时间T5；
返回平台，时间T6。
八项作业中，T1、T2主要与驳运船艇类型、过驳平台类型有关，T3、T6与驳运船艇类型和驳运距离有关，T4、T5与驳运船艇类型有关，故当过驳平台类型、离岸距离确定时，在卸载系统资源配置协调情况下，各类型驳运船艇每次驳运任务的T1～T6时间也相对固定，将T1～T6共6项相对固定时间之和称为航行时间TH。
对于装备装载时间TL和卸载时间TU，则与装备类型、驳运船艇类型、装备数量、装卸载方式等有关。驳运船艇的装载能力主要受空间大小、载重的限制，不同类型的装备装载数量也不同，应当有所区分。以装备的尺寸、重量为依据，结合驳运船艇的装载能力，假设将装备类型划分为4类。各类型驳运船艇装载不同类型装备的最大装载数量如表1所示，考虑到为了增加驳运船艇驳运效率，一次驳运任务可装载多种类型的装备，若穷举出所有可能的组合，则会消耗大量计算时间。为简化运算，本文提出装备装载系数的概念，即同类型装备最大装载数量的倒数，当每次驳运搭载装备的装载系数之和不大于1，即认为能够装载。例：对于A型驳运船艇，1台类型1装备的装载系数是0.5、1台类型3装备的装载系数是0.25，1台类型4装备的装载系数是0.25,三者装备系数之和等于1，即可同时装载于A型驳运船艇上。
海上过驳作业，通常是通过搭接跳板连接过驳平台与驳运船艇，装备滚装通行上艇，速度较快；
但由于不同类型的驳运船艇，其结构型式、舱门大小、空间大小等有所不同，装备装卸载的时间不可同一而论，应当区别计算。在装载时，装备驶入驳运船艇指定位置后，捆绑加固工作随即展开，在最后一台装备驶入船艇时，前序装备的捆绑加固通常也已完成，模型不再单独考虑装备的捆绑加固时间。根据相关实践数据统计，不同驳运船艇装卸载单台不同类型装备的时间如表2所示。
表1 各类型驳运船艇装载不同装备能力
表2 各类型驳运船艇装载单台不同装备时间 min
结合表2内容，TL、TU可用驳运船艇所运载的装备数量表示。TH则是各型驳运船艇单次驳运时间与驳运次数之积，驳运次数可用所运装备的装载系数之和表示(向上取整)。单艘驳运船艇总作业时长，即是所有驳运次数中TH、TL、TU之和。海上过驳系统驳运的最短时间，即是所有驳运船艇的最大单艘作业时间，故系统最短作业时间的目标函数可以表示为：
∀i
式中：i为驳运船艇类型；
j为装备物资类型;Ni为i型的驳运船艇的数量；
Nj为需要驳运的j型装备数量；
Nij为i型的驳运船艇倒运装备j的总数量；
TLij为单个j型装备装载到i型船艇的时间；
TUij为单个j型装备从i型船艇卸载的时间；
Pij为单个j型装备装载对应i型船艇的装载系数。
3.1 任务背景
以某海上过驳卸载系统做模型应用研究，相关数据已做模糊处理。已知海上过驳平台搭设在离岸3海里处，有A、B、C、D共4种类型的驳运船艇可供使用，其数量分别为3、3、2、1艘。四种类型驳运船艇的航行时间TH如表3所示。
表3 各类型驳运船艇航行时间min
所需驳运的各类装备数量如表4所示，由4艘滚装运输船搭载，不考虑运输船停泊、靠泊之间的空档期。
表4 卸载任务需求 台
3.2 模型求解
将相关任务参数代入到模型之中，该模型为混合整数非线性规划问题，可利用LINGO软件求解，程序代码为：
model:
sets:
boat/1,2,3,4/:travel,num,time;
cargo/1,2,3,4/:task;
link(cargo,boat):x,per,load,unload;
endsets
data:
num=3,3,2,1;
travel=63,58,71,72;
task=100,100,200,300;
load=2.5,4.5,3,4,2,4,3,4,1.8,3,2,3,1.2,2.5,2,3;
unload=2,4,2.5,2.5,1.8,3.5,2.5,3,1.5,3,1,2,1,2,1,2;
per=0.5,0.5,0.25,0.25,0.5,0.25,0.25,0.25,0.25,0.166,0.167,0.125,0.25,
0.125,0.166,0.125;
enddata
@for(boat(j):time(j)=(@sum(cargo(i):x(i,j)*per(i,j)*travel(j))+
@sum(cargo(i):x(i,j)*load(i,j))+@sum(cargo(i):x(i,j)*unload(i,j)))
/num(j));
[obj]min=@smax(time(1),time(2),time(3),time(4));
@for(cargo(i):@sum(boat(j):x(i,j))=task(i););
@for(link:@gin(x));
end
3.3 求解结果
求解得驳运任务最短耗时为1 393.5 min，任务分配结果如表5，各型驳运船艇的具体作业参数如表6所示，作业时间较为均衡。在战时海上运输投送中，装载通常在我方港口进行，准备时间相对充分，作业环境相对稳定。而卸载在对方海域展开，海上过驳卸载面临复杂自然环境、敌情威胁等诸多不利因素干扰，但作战行动又要求装备物资能快速上陆，迅速、持续形成战斗力。因此，卸载往往比装载难度大，也要求具有更高的时效性，在制定装载方案时就应当考虑如何“卸得快”，即“装载服务于卸载”。模型求得的驳运任务，也可以给制定装载方案提供参考。
表5 各型驳运船艇驳运不同装备物资数量 台
表6 各型驳运船艇驳运参数
在分析海上过驳卸载作业流程的基础上，提出不同类型驳运船艇应当区别考虑作业时间，提出利用装载系数以简化计算的方法，通过LINGO求解如何利用现有驳运船艇资源，实现最快速的卸载，一定程度上减少海上过驳卸载中驳运的盲目性，为科学高效规划驳运任务提供一种方法，可帮助指挥机构估算驳运时间和制定卸载方案，为部队实践提供参考。但本文只考虑了海上过驳卸载系统运行流畅、各作业环节之间衔接不需要等待的情况，而在实践过程中，常常会在驳运船艇靠泊过驳平台、抵滩作业时产生排队作业情况，今后的研究中还需综合考虑等待时长等因素的影响，使计算结果更好的服务于应用。
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